卓商塑料网_超声振动对高密度聚乙烯收缩特性的影响

超声振动对高密度聚乙烯收缩特性的影响

于同敏, 祝思龙, 包成, 黄晓超

( 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁大连116024)

摘要: 针对材料收缩率这一影响精密注塑制品尺寸精度的关键因素, 以中间有两个长孔的平板型塑件为对象,设计制作了一套带有超声振动系统的精密注塑模具, 在精密注塑机上进行了施加和未加超声振动的成型实验; 并借助X 射线衍射分析, 研究了不同超声参数作用对收缩率较大的高密度聚乙烯( HDPE) 试件收缩率变化的影响关系及其微观作用机理。结果显示, 与未加超声振动的试件相比, 超声振动能明显降低HDPE 材料的收缩率, 最高降幅可达16. 13%。由此表明, 注塑成型过程中施加超声振动, 能够有效控制制件的收缩率。

关键词: 超声振动; 精密注塑成型; 高密度聚乙烯; 收缩率

精密注塑制品因其尺寸精度高、力学性能好等诸多优点, 在现代工业产品中被广泛应用。但精密制品成型时的材料收缩特性一直是制约其尺寸精度进一步提高的主要障碍。对此国内外学者虽已进行过大量研究, 但到目前为止, 大多是采用传统的数值模拟和成型实验方法, 即通过优化不同工艺参数组合来达到提高精密制品尺寸精度的目的。但对于成型收缩率范围较大的材料, 通过调整工艺参数来获得精密注塑制品往往效果有限。本文以带有两个长方形孔的平板型塑件为对象, 设计制造了带有超声振动系统的精密注塑模具, 实验研究了超声外场作用对收缩率较大的高密度聚乙烯材料成型收缩的影响规律, 旨在为精密制品的注塑成型提供一种新的方法。

1 实验部分

1. 1 实验对象

平板型塑件如Fig. 1 所示, 其长、宽和厚度尺寸分别为80mm @ 50mm @ 1mm。塑件中间带有两个长为40mm, 宽为4mm 的长方形通孔。成型实验时超声波振动方向与注射熔体的充模流动方向平行, 如图中箭头所示。

1. 2 实验材料

实验材料选用辽宁盘锦石化有限公司生产的HDPE-PD5070EA 型高密度聚乙烯, 密度为0. 954 g/ cm3~ 0. 962 g/ cm3, 结晶度可达65% ~ 85%, 软化点温度为125 e ~ 135 e , 成型收缩率范围1. 5%~3. 6% , 熔融指数为6. 1 g/ 10min~ 8. 0 g / 10min。

1. 3 实验设备及仪器

按Fig. 1 塑件自行设计制做的一模两腔超声振动注塑模具如Fig12 所示, 型腔表面粗糙度R a 为014Lm。超声振子5 通过双头螺栓7 与镶块6 相连, 将振子产生的振幅通过型腔镶块6 传递给聚合物熔体; 成型实验在震天塑料机械有限公司生产的CT 80M8 型精密注塑机上进行, 其最大注射压力为206MPa, 最大注射速度122 mm/ s, 锁模力为800 kN。超声系统采用上海生析超声仪器有限公司生产的FS-1500 型超声波发生器, 功率范围为0W~ 800W 可

变, 振动频率为19. 00 kHz~ 20. 00 kHz 连续可调; 试件内部结构观测分析采用日本理学电机株式会社的D/ Max 2400型X射线衍射仪; 塑件尺寸测量采用分辨力为0101 mm 数显游标卡尺。

1. 4 实验方法及工艺条件

首先用Fig. 2 所示的模具进行不加超声振动的注塑成型实验, 以获得成型合格试件的注塑工艺参数。然后以此工艺参数作为初始工艺条件, 进行在熔体注射和保压阶段施加超声振动的单因素注塑成型实验,以考察不同超声参数变化对试件收缩特性的影响。不加超声振动实验获得的成型合格制件的初始工艺条件为, 注射压力56MPa, 注射速度36mm/ s, 保压压力14MPa, 保压时间015s, 料筒温度180 e , 模具温度30e 。单因素超声振动注塑成型实验的超声参数变化值如Tab11 所示。实验前先将HDPE 粒料置于60 e 烘箱中烘干1 h。

Fig. 2 Assembly Drawing of Ultrasonic Vibration Preci se Injection

Mould

1: the moving mould clamping plate; 2: seat pad; 3: push bar; 4: insert; 5: ult rason ic vibt rat or and transducer; 6: insert block; 7: stud; 8: fixed mould plat e; 9: the f ixed mould clamping plat e; 10: hexagon bolt; 11: sprue bush; 12: locating ring; 13: nozzle; 14: moving mould plat e; 15: base plate;16: support plat e; 17: piller; 18: eject or ret ainer plat e; 19:stripper plat e

实验时, 在每组工艺参数达到稳定状态后, 选取10 个试件存放于密封干燥处, 1 周后用数显游标卡尺测量其平行于超声振动方向的尺寸, 并取其平均值计算收缩率。同时对施加超声振动和未加超声振动的试件进行XRD 分析。

2 结果与讨论

2. 1 超声频率对HDPE 收缩率的影响

当超声功率恒定为500W 时, 实验得到的超声频率变化对HDPE 试件收缩率影响的关系曲线如Fig. 3所示。